DNA和遗传密码

孟德尔发现了生物的遗传规律，摩尔根证明了控制生物遗传和变异的基因是存在于染色体上的，遗传学到这里是不是发展到顶点了呢？当然不是，随着人类科学技术的进步和研究手段的改进，科学家们又有了新的发现。

科学家们发现，染色体是由蛋白质和核酸（主要是被称为“DNA”的脱氧核糖核酸）组成的，那么，究竟是在蛋白质上携带着遗传信息呢，还是在DNA上携带着遗传信息呢？这个问题难倒了不少科学家。最终，还是一位名叫艾沃瑞的科学家把这个问题解决了。

为了解决这个问题，艾沃瑞设计了一个巧妙的实验，叫做肺炎球菌转化实验，肺炎球菌能够引起人的肺炎和小鼠的败血病。肺炎球菌有很多种菌株，但是只有光滑型的菌株可以致病，这是因为它们外面包有一层保护性荚膜，可以防止它们被宿主的自身保护机构所破坏。艾沃瑞和他的同事们将能致病的光滑型菌株的DNA、蛋白质、荚膜分别分离出来，然后再分别同不能致病的粗糙型菌株一起注射到小鼠体内：他们发现，在这三组实验中，只有注射了含有DNA组分的菌株才会使小鼠得病死亡，而其他两组均不能使小鼠得病，注射以后的小鼠仍然能够正常存活，体内也监测不到有光滑型的致病菌株的存在。这个实验说明，只有DNA才能将粗糙型菌株变为能致病的光滑型菌株，从而使小鼠得病死亡。为了更进一步验证这个结论，他们还把光滑型菌的DNA用特殊的酶处理，将DNA破坏掉，再同粗糙型不能致病的菌一同注射到小鼠体内，小鼠也能正常生活，这两个实验充分说明，DNA才是真正的遗传物质，遗传信息也携带在DNA上。

DNA是一种特别长的高分子化合物。它的立体结构一直是科学家争相研究的项目之一。美国的两位科学家沃森（Waters致许广平$）和克里克（Crick）在1953年提出了DNA的双螺旋立体结构模型，并因此而获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。DNA的双螺旋结构模型为分子遗传学和遗传工程的发展奠定了理论基础，其影响非常深远。

通常所见的DNA，从立体空间结构上来看，很像一架绕着中轴线向右盘旋伸展的长梯子，梯子两侧为两条核苷酸长链构成的扶手，扶手由磷酸分子和脱氧核糖分子交替连接而成，并向中间伸出碱基，两两相连，构成长梯的一个个横档。

DNA分子中的碱基共有四种，即腺嘌吟（A）、鸟嘌呤（C）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。这四种碱基以不同的顺序排列，就控制了地球上几乎所有生物的各种各样的性状。想不到，这么纷繁复杂、色彩斑斓的生物世界，竟然只是由这四种碱基决定的！这四种碱基中的两个碱基彼此相连，构成了DNA长梯的横档，这两个碱基就称为碱基对。所有DNA的碱基对的结合都是有一定规律的，即A只能与T互配成一对，C只能与C互配成一对。因此，在DNA中，碱基对都是A—T在一起，C—C在一起，很少出现例外的情况。

DNA分子在生物体内具有什么样的功能呢？首先，DNA分子能够进行自我复制，使得亲代个体能将自己的DNA复制一份传给子代，这样就可以保持DNA在一代代个体中的稳定性。其次，我们通常所说的基因，实际上就是DNA分子长链中的一个个片断，每个DNA分子上具有很多个基因，一个基因就可以控制生物体的一种性状。基因可以控制生命物质——蛋白质的合成，使得亲代性状在后代的蛋白质结构上反映出来，并使后代表现出与亲代相似的特征。正是由于DNA的这两个重要的生理功能，才会出现“种瓜得瓜，种豆得豆”的现象。

DNA分子的自我复制过程是非常复杂的，其中牵涉到许多酶的活动，其复制的过程大体如下：一个DNA分子复制时，是一边解螺旋，一边复制的，即DNA分子两条相互缠绕的长链，就像一条拉链一样，从每个碱基对的中间分开，形成两条单链，我们称之为母链；然后每条母链按照A—T、C—C的碱基配对规则，以每条母链作为合成子链的模板，从周围环境中选择合适的碱基和其他成分，形成了与两条母链分别相互对应的子链；与此同时，每条母链同与自己相对应的子链结合，形成了与原来DNA分子一模一样的子代DNA分子。

DNA分子控制蛋白质的合成这个过程也是极其复杂的，其中还需要另外一种核酸作为“中间人”才能完成，这种核酸叫做核糖核酸，一般称为“RNA”。RNA分子是一条单链，形状很像一条拆开的单链DNA分子：遗传信息的传递就是从DNA经由RNA，再按照遗传密码的规则，将氨基酸有顺序地排列、连接在一起，合成蛋白质，并将遗传信息表现在这种蛋白质的氨基酸排列顺序上。

什么是遗传密码？这是一个大家都非常感兴趣的问题。

科学家们早已揭示，在生物体内蛋白质的合成过程中，RNA上的三个碱基能够决定一个氨基酸，这就是遗传密码，决定一个氨基酸的三个碱基就称为一个密码子。就这样，经过了许多科学家的努力，大自然终于向人类展示了由RNA合成蛋白质过程中的最大的机密。经过多个实验室的科学家的共同测定，我们已经明确了很多遗传密码的确切含义。例如UCU代表丝氨酸，CUU代表亮氨酸，GGU代表甘氨酸，CCA代表脯氨酸等等。现在我们已经将决定20种氨基酸的所有密码子都测定出来了，科学家们将这些密码子编成了一本十分独特的字典——遗传密码字典。在这本字典中有64个密码子，在这64个密码子中，AUG密码子不仅是蛋氨酸的密码子，而且也代表着蛋白质合成的起始信号，没有它，蛋白质的合成就不能开始；UAA、UAG和UGA三个密码子是蛋白质合成的终止密码，是终止蛋白质合成的红色信号灯，它们三个不代表任何氨基酸。

虽然遗传密码词典不是很大，但是，它却几乎控制着生物界中所有生物的蛋白质合成，我们所得到的这本词典，在整个生物界都是通用的，不管是植物、动物还是微生物，它们几乎都使用同样的遗传密码，来合成自身的蛋白质。

生物体生长发育的过程中，细胞核中的遗传物质DNA经过复制，将遗传信息传递给了子代，这样就使得子代能够保持亲本的性状。但是，由于许多外部或者内部的原因，使得DNA在复制的过程中，碱基对的排列顺序发生了改变，这样就会使子代在某些性状上发生了改变，这就是基因突变。

造成生物遗传性状发生改变的还有一个原因，那就是染色体发生了变异。染色体变异包括细胞中染色体成倍的增加或减少，以及细胞中某条染色体增加或减少。在高等植物体内，一半以上的植物是含有两组染色体的，称为二倍体。但是也有许多植物细胞中含有两对或两对以上的染色体，这样的植物就叫做多倍体植物。多倍体植株一般叶片、果实和籽粒都比较大，但是结实率较低，发育延迟，我们可以通过人工诱导多倍体植物的产生，并再运用其他手段对多倍体植物进行改造，来培育新的植物品种。